(57)【要約】【課題】  放電電極における放電を安定させつつ、レーザ出力を迅速に制御する。【解決手段】  第一の電極対（７ａ）と、第二の電極対（７ｂ）と、第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源（４）と、放電電源によるパルス放電時に第一の電極対における第一の放電位相（Ｘ１）と第二の電極対における第二の放電位相（Ｘ２）とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段（５３）、パルス放電時に第一の電極対における第一のデューティ比（Ｙ１）と第二の電極対における第二のデューティ比（Ｙ２）とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段（５３）、およびパルス放電時に第一の電極対における第一のパルス周波数（Ｚ１）と第二の電極対における第二のパルス周波数（Ｚ２）とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段（５３）のうちの少なくとも一つとを具備するレーザ発振器（２）が提供される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極対と、
該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、
前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一の放電位相と前記第二の電極対における第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項２】
第一の電極対と、
該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、
前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のデューティ比と前記第二の電極対における第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項３】
第一の電極対と、
該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、
前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のパルス周波数と前記第二の電極対における第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項４】
第一の電極対と、
該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、
前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一の放電位相と前記第二の電極対における第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段、前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のデューティ比と前記第二の電極対における第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段、および前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のパルス周波数と前記第二の電極対における第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段のうちの少なくとも一つとを具備するレーザ発振器。
【請求項５】
前記放電電源は前記第一の電極対における電源出力と前記第二の電極対における電源出力とが互いに異なるように制御することができる請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
さらに、
前記レーザ発振器から出力されるレーザ出力を指令するレーザ出力指令手段と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段とを具備し、
前記レーザ出力指令手段により指令されたレーザ出力指令値と前記レーザ出力検出手段により検出されたレーザ出力検出値との間の差分を前記放電位相制御手段にフィードバックするようにした請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記放電電源が前記第一の電極対のための第一の放電電源および前記第二の電極対のための第二の放電電源からなる請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
第一の電磁波キャビティと、
該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、
前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一の放電位相と前記第二の電磁波キャビティにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項９】
第一の電磁波キャビティと、
該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、
前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のデューティ比と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項１０】
第一の電磁波キャビティと、
該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、
前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のパルス周波数と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項１１】
第一の電磁波キャビティと、
該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、
前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一の放電位相と前記第二の電磁波キャビティにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段、前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のデューティ比と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段、および前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のパルス周波数と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段のうちの少なくとも一つとを具備するレーザ発振器。
【請求項１２】
前記放電電源は前記第一の電磁波キャビティにおける電源出力と前記第二の電磁波キャビティにおける電源出力とが互いに異なるように制御することができる請求項８から１１のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項１３】
さらに、
前記レーザ発振器から出力されるレーザ出力を指令するレーザ出力指令手段と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段とを具備し、
前記レーザ出力指令手段により指令されたレーザ出力指令値と前記レーザ出力検出手段により検出されたレーザ出力検出値との間の差分を前記放電位相制御手段にフィードバックするようにした請求項８に記載のレーザ発振器。
【請求項１４】
前記放電電源が前記第一の電磁波キャビティのための第一の放電電源および前記第二の電磁波キャビティのための第二の放電電源からなる請求項８から１３のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項１５】
第一のコイルと、
該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、
前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一の放電位相と前記第二のコイルにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項１６】
第一のコイルと、
該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、
前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のデューティ比と前記第二のコイルにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項１７】
第一のコイルと、
該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、
前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のパルス周波数と前記第二のコイルにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項１８】
第一のコイルと、
該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、
前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、
該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一の放電位相と前記第二のコイルにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段、前記放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のデューティ比と前記第二のコイルにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段、および前記放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のパルス周波数と前記第二のコイルにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段のうちの少なくとも一つとを具備するレーザ発振器。
【請求項１９】
前記放電電源は前記第一のコイルにおける電源出力と前記第二のコイルにおける電源出力とが互いに異なるように制御することができる請求項１５から１８のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項２０】
さらに、
前記レーザ発振器から出力されるレーザ出力を指令するレーザ出力指令手段と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段とを具備し、
前記レーザ出力指令手段により指令されたレーザ出力指令値と前記レーザ出力検出手段により検出されたレーザ出力検出値との間の差分を前記放電位相制御手段にフィードバックするようにした請求項１５に記載のレーザ発振器。
【請求項２１】
前記放電電源が前記第一のコイルのための第一の放電電源および前記第二のコイルのための第二の放電電源からなる請求項１５から２０のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスもしくは固体媒体を励起してレーザ出力を得るレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にレーザ発振器からのレーザ出力は、対応するレーザ発振用の電源出力の増減により制御されている。つまり、一般のレーザ発振器においてレーザ出力の増加が要求される場合には電源出力を増加させており、レーザ出力の低減が要求される場合には電源出力を低減させている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されるレーザ発振器は複数の電極対と、これら電極対にそれぞれ対応した複数の電源装置とを備えており、これら電源装置を個別に制御することによりレーザ出力を定量的に制御している。
【０００４】
図９は、特許文献１に開示されるような従来技術のレーザ発振器のレーザ出力等と時間との関係を示す図である。図９に示されるように、レーザ平均出力は、複数、図９においては二つの電極対に印加される電源出力Ｖ１、Ｖ２の合計値（Ｖ１＋Ｖ２）に応じて定まる。この合計値が所定の閾値Ｖ０を越える場合には、レーザが合計値に応じて出力されるようになる。図９から分かるように、この合計値が変化すると、レーザ出力は合計値の変化に応じて定量的に変動する。
【０００５】
ところが、電源出力を増加させると、レーザガス温度の上昇によってレーザガスの圧力が変化すると共に、放電領域の大きさおよび放電領域の放電密度も変化するようになる。このような変化が安定するまでには比較的時間を要するので、レーザ出力を迅速に制御するのが困難という問題があった。
【０００６】
このような問題を回避するために、例えば特許文献２においては、レーザ出力の変化を考慮したレーザ出力パターンに基づいて、レーザ出力を指令することにより、レーザ出力波形の精度を高めるようにしたレーザ発振器が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１２２７９９号公報
【特許文献２】特開平５−２０６５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示されるレーザ発振器においても、レーザガス温度の状態、例えばレーザガス温度が電源出力の変動に伴って変化するので、レーザ出力は同様に変動する。すなわち、特許文献２の場合においても、レーザ出力の変動は避けられず、出力の安定性には依然として問題がある。
【０００８】
ところで、レーザを低出力で発振する場合には図９から分かるように電源出力を低下させている。このような場合には、放電領域が微少になるので、レーザ発振器の放電電極における放電はしばしば消滅する不安定な状態となる。特に、レーザを無出力にする場合には、放電電極において主放電を維持するのが困難であり、放電が消滅する可能性も高い。
【０００９】
このため、主電極とは別に予備放電電極を設けることにより、レーザ無出力時に主放電を維持することも提案されている。しかしながら、予備放電電極を用いた場合には出力を完全にゼロにすることが可能であるものの、レーザを低出力で安定して制御するのは依然として困難である。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、放電電極における放電を安定させられると共にレーザ出力を迅速に制御できるレーザ発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、第一の電極対と、該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一の放電位相と前記第二の電極対における第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００１２】
２番目の発明によれば、第一の電極対と、該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のデューティ比と前記第二の電極対における第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００１３】
３番目の発明によれば、第一の電極対と、該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のパルス周波数と前記第二の電極対における第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００１４】
４番目の発明によれば、第一の電極対と、該第一の電極対に対して直列に配置された第二の電極対と、前記第一および第二の電極対においてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一の放電位相と前記第二の電極対における第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段、前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のデューティ比と前記第二の電極対における第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段、および前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電極対における第一のパルス周波数と前記第二の電極対における第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段のうちの少なくとも一つとを具備するレーザ発振器が提供される。
【００１５】
すなわち１番目から４番目の発明においては、第一の放電位相および第二の放電位相、第一のデューティ比および第二のデューティ比、ならびに／または第一のパルス周波数および第二のパルス周波数が互いに異なるように制御しているので、第一の電極対および第二の電極対のそれぞれの放電領域における電力の和を調節することにより、レーザ出力を調節することが可能となる。このような場合には、レーザ出力変動要因、例えばレーザガス圧力、レーザガス温度、放電領域の大きさ、放電密度などの影響を排除できるので、放電状態をほとんど変化させることがない。従って、レーザ出力を変化させる場合、特にレーザ出力を低下させる場合であっても、放電電極における放電を安定させられると共にレーザ出力の迅速な制御が可能となる。
【００１６】
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記放電電源は前記第一の電極対における電源出力と前記第二の電極対における電源出力とが互いに異なるように制御することができる。
すなわち５番目の発明においては、電源出力を変更できるので、放電位相、デューティ比および／またはパルス周波数と電源出力とを組み合わせることにより、レーザ出力をさらに精密に制御することができる。また、放電位相、デューティ比、パルス周波数、電源出力のうちの少なくとも一つを制御して概ね一定のレーザ出力を得ることも可能である。
【００１７】
６番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器から出力されるレーザ出力を指令するレーザ出力指令手段と、前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段とを具備し、前記レーザ出力指令手段により指令されたレーザ出力指令値と前記レーザ出力検出手段により検出されたレーザ出力検出値との間の差分を前記放電位相制御手段にフィードバックするようにした。
すなわち６番目の発明においては、フィードバック制御することによって、より正確なレーザ出力の制御が可能となる。
【００１８】
７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明において、前記放電電源が前記第一の電極対のための第一の放電電源および前記第二の電極対のための第二の放電電源からなる。
すなわち７番目の発明においては、第一の電極対および第二の電極対のそれぞれに専用の放電電源を設けた構成としているので、より高い自由度でレーザ出力を制御することができる。
【００１９】
８番目の発明によれば、第一の電磁波キャビティと、該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一の放電位相と前記第二の電磁波キャビティにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００２０】
９番目の発明によれば、第一の電磁波キャビティと、該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のデューティ比と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００２１】
１０番目の発明によれば、第一の電磁波キャビティと、該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のパルス周波数と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００２２】
１１番目の発明によれば、第一の電磁波キャビティと、該第一の電磁波キャビティに対して直列に配置された第二の電磁波キャビティと、前記第一および第二の電磁波キャビティにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一の放電位相と前記第二の電磁波キャビティにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段、前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のデューティ比と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段、および前記放電電源によるパルス放電時に前記第一の電磁波キャビティにおける第一のパルス周波数と前記第二の電磁波キャビティにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段のうちの少なくとも一つとを具備するレーザ発振器が提供される。
【００２３】
すなわち８番目から１１番目の発明においては、第一の放電位相および第二の放電位相、第一のデューティ比および第二のデューティ比、ならびに／または第一のパルス周波数および第二のパルス周波数が互いに異なるように制御しているので、第一の電磁波キャビティおよび第二の電磁波キャビティのそれぞれの放電領域における電力の和を調節することにより、レーザ出力を調節することが可能となる。このような場合には、レーザ出力変動要因、例えばレーザガス圧力、レーザガス温度、放電領域の大きさ、放電密度などの影響を排除できるので、放電状態をほとんど変化させることがない。従って、レーザ出力を変化させる場合、特にレーザ出力を低下させる場合であっても、電磁波キャビティにおける放電を安定させられると共にレーザ出力の迅速な制御が可能となる。
【００２４】
１２番目の発明によれば、８番目から１１番目のいずれかの発明において、前記放電電源は前記第一の電磁波キャビティにおける電源出力と前記第二の電磁波キャビティにおける電源出力とが互いに異なるように制御することができる。
すなわち１２番目の発明においては、電源出力を変更できるので、放電位相、デューティ比および／またはパルス周波数と電源出力とを組み合わせることにより、レーザ出力をさらに精密に制御することができる。また、放電位相、デューティ比、パルス周波数、電源出力のうちの少なくとも一つを制御して概ね一定のレーザ出力を得ることも可能である。
【００２５】
１３番目の発明によれば、８番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器から出力されるレーザ出力を指令するレーザ出力指令手段と、前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段とを具備し、前記レーザ出力指令手段により指令されたレーザ出力指令値と前記レーザ出力検出手段により検出されたレーザ出力検出値との間の差分を前記放電位相制御手段にフィードバックするようにした。
すなわち１３番目の発明においては、フィードバック制御することによって、より正確なレーザ出力の制御が可能となる。
【００２６】
１４番目の発明によれば、８番目から１３番目のいずれかの発明において、前記放電電源が前記第一の電磁波キャビティのための第一の放電電源および前記第二の電磁波キャビティのための第二の放電電源からなる。
すなわち１４番目の発明においては、第一の電磁波キャビティおよび第二の電磁波キャビティのそれぞれに専用の放電電源を設けた構成としているので、より高い自由度でレーザ出力を制御することができる。
【００２７】
１５番目の発明によれば、第一のコイルと、該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一の放電位相と前記第二のコイルにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００２８】
１６番目の発明によれば、第一のコイルと、該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のデューティ比と前記第二のコイルにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００２９】
１７番目の発明によれば、第一のコイルと、該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のパルス周波数と前記第二のコイルにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【００３０】
１８番目の発明によれば、第一のコイルと、該第一のコイルに対して直列に配置された第二のコイルと、前記第一および第二のコイルにおいてパルス放電を生じさせる放電電源と、該放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一の放電位相と前記第二のコイルにおける第二の放電位相とが互いに異なるように制御する放電位相制御手段、前記放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のデューティ比と前記第二のコイルにおける第二のデューティ比とが互いに異なるように制御するデューティ比制御手段、および前記放電電源によるパルス放電時に前記第一のコイルにおける第一のパルス周波数と前記第二のコイルにおける第二のパルス周波数とが互いに異なるように制御するパルス周波数制御手段のうちの少なくとも一つとを具備するレーザ発振器が提供される。
【００３１】
すなわち１５番目から１８番目の発明においては、第一の放電位相および第二の放電位相、第一のデューティ比および第二のデューティ比、ならびに／または第一のパルス周波数および第二のパルス周波数が互いに異なるように制御しているので、第一のコイルおよび第二のコイルのそれぞれの放電領域における電力の和を調節することにより、レーザ出力を調節することが可能となる。このような場合には、レーザ出力変動要因、例えばレーザガス圧力、レーザガス温度、放電領域の大きさ、放電密度などの影響を排除できるので、放電状態をほとんど変化させることがない。従って、レーザ出力を変化させる場合、特にレーザ出力を低下させる場合であっても、コイルにおける放電を安定させられると共にレーザ出力の迅速な制御が可能となる。
【００３２】
１９番目の発明によれば、１５番目から１８番目のいずれかの発明において、前記放電電源は前記第一のコイルにおける電源出力と前記第二のコイルにおける電源出力とが互いに異なるように制御することができる。
すなわち１９番目の発明においては、電源出力を変更できるので、放電位相、デューティ比および／またはパルス周波数と電源出力とを組み合わせることにより、レーザ出力をさらに精密に制御することができる。また、放電位相、デューティ比、パルス周波数、電源出力のうちの少なくとも一つを制御して概ね一定のレーザ出力を得ることも可能である。
【００３３】
２０番目の発明によれば、１５番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器から出力されるレーザ出力を指令するレーザ出力指令手段と、前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力を検出するレーザ出力検出手段とを具備し、前記レーザ出力指令手段により指令されたレーザ出力指令値と前記レーザ出力検出手段により検出されたレーザ出力検出値との間の差分を前記放電位相制御手段にフィードバックするようにした。
すなわち２０番目の発明においては、フィードバック制御することによって、より正確なレーザ出力の制御が可能となる。
【００３４】
２１番目の発明によれば、１５番目から２０番目のいずれかの発明において、前記放電電源が前記第一のコイルのための第一の放電電源および前記第二のコイルのための第二の放電電源からなる。
すなわち２１番目の発明においては、第一のコイルおよび第二のコイルのそれぞれに専用の放電電源を設けた構成としているので、より高い自由度でレーザ出力を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材等には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に基づくレーザ発振器２を備えたレーザ装置の略図である。レーザ装置１００は主に金属加工用に用いられ、レーザ発振器２とレーザ加工機１１とを含んでいる。図１に示されるように、これらレーザ発振器２とレーザ加工機１１とは制御ユニット１を介して互いに電気的に接続されている。
【００３６】
レーザ発振器２は放電励起型である比較的高出力のレーザ発振器、例えば出力１ｋＷ以上の炭酸ガスレーザである。レーザ発振器２はレーザガス圧制御システム１８に接続された放電管９を含んでいる。レーザガス圧制御システム１８は、レーザ発振器２に形成されたレーザガス供給口１７およびレーザガス排出口１９を介して放電管９へのレーザガスの供給および放電管９からのレーザガスの排出を行うことができる。放電管９の一端には部分透過性をほとんど有しないリア鏡６（共振器内部ミラー）（反射率９９％）が設けられており、放電管９の他端には部分透過性を有する出力鏡８（反射率５０％）が設けられている。出力鏡８はＺｎＳｅから形成されており、出力鏡８の内面は部分反射コーティングされると共に出力鏡８の外面は全反射コーティングされている。リア鏡６の背面にはレーザパワーセンサ５が配置されており、レーザパワーセンサ５により検出されるレーザ出力は図示されるように制御ユニット１に入力される。図示されるように、リア鏡６および出力鏡８の間の光共振空間内には二つの放電セクション２９ａ、２９ｂが形成されている。
【００３７】
各放電セクション２９ａ、２９ｂは放電管９を挟むように配置された放電電極対７ａ、７ｂをそれぞれ含んでいる。図示されるように、これら放電電極対７ａ、７ｂは放電管９上に互いに直列に配置されている。なお、これら放電電極対７ａ、７ｂは同一寸法であって、誘電体コーティングが施されているものとする。図１に示されるようにこれら放電電極対７ａ、７ｂはマッチング回路（図示しない）を介して共通の高周波電源４に接続されている。高周波電源４は例えば２ＭＨｚの高周波電源であり、各放電セクション２９ａ、２９ｂに供給する電力を自由に調整することができる。
【００３８】
さらに、図示されるように放電管９には送風機１４が配置され、送風機の上流および下流には熱交換器１２、１２'がそれぞれ配置されている。さらに、レーザ発振器２は冷却水循環システム２２に接続されており、放電管９内のレーザガスなどが適宜冷却されるようになっている。
【００３９】
なお、図１においては高速軸流型のレーザ発振器２が示されているが、レーザ発振器２が他の形態のレーザ発振器、例えば３軸直交型発振器もしくは熱拡散冷却によるガススラブレーザであってもよい。
【００４０】
レーザ発振器２の出力鏡８から出力されたレーザはレーザ加工機１１に入射される。レーザ加工機１１には、入射されたレーザを反射する複数、図１においては三つの反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設けられている。図示されるように、これら反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより反射されたレーザは集光レンズ１３および加工ヘッド１６を通って加工テーブル２１上の加工ワーク２０に照射されるようになっている。ここで、集光レンズ１３はＺｎＳｅから形成されており、集光レンズ１３の両面は全反射コーティングされている。なお、図面には示さないものの、集光レンズ１３の代わりにパラボラミラーを採用してもよい。
【００４１】
また、加工ワーク２０は加工テーブル２１の位置を水平方向に変更することにより所定の場所に位置決めできる。さらに、図１に示されるようにレーザ加工機１１にはアシストガス供給システム１５が設けられている。レーザ加工機１１外部に設置されたアシストガス源（図示しない）からのアシストガスはアシストガス供給システム１５によって加工ヘッド１６の所望の位置まで供給される。
【００４２】
レーザ発振器２とレーザ加工機１１とを電気的に接続する制御ユニット１は、ディジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を含む記憶部と、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）などの処理部と、入力ポートとしての入力部および出力ポートとしての出力部とを具備している。これら入力部および出力部はレーザ発振器２およびレーザ加工機１１の所定の構成要素に適切に接続されているものとする。
【００４３】
図２は制御ユニットの詳細図である。図２に示されるように制御ユニット１は制御手段５３を含んでいる。制御手段５３は、放電電極対７ａ、７ｂに入力される電源出力Ｖ１、Ｖ２の放電位相Ｘ、デューティ比Ｙ、パルス周波数Ｚのうちの少なくとも一つを変更可能に制御する。つまり、制御手段５３は、放電位相制御手段、デューティ比制御手段、および／またはパルス周波数制御手段としての役目を果たす。
【００４４】
また、図示されるように、制御ユニット１には、レーザ発振器２から発振されるレーザ出力を指令するレーザパワー指令手段５１と、レーザパワー指令手段５１により指令されたレーザ出力指令値Ｐｃとレーザパワーセンサ５により検出されたレーザ出力検出値Ｐｄとの間の差分を求める差分検出手段５２とを含んでいる。これらレーザパワー指令手段５１および差分検出手段５２の作用については後述する。
【００４５】
レーザ装置１００の動作時には、レーザガス圧制御システム１８によってレーザガスがレーザガス供給口１７を通って放電管９内に供給される。次いで、送風機１４によってレーザガスは放電管９からなる循環路を循環する。図１において矢印により示されるように、送風機１４から送り出されたレーザガスは圧縮熱を除去するための熱交換器１２'を通過して各放電セクション２９ａ、２９ｂに供給される。
【００４６】
放電セクション２９ａ、２９ｂにおいて放電電極対７ａ、７ｂにより、所定の電圧、例えば数百ｋＨｚから数十ＭＨｚの交流電圧を印加すると、放電作用によりレーザガスが励起され、それにより、レーザが発生する。周知の原理により、レーザは光共振空間で増幅され、出力鏡８を通じて出力レーザが取出される。放電作用により高温となったレーザガスは熱交換器１２によって冷却され、送風機１４に再び戻る。なお、このときには冷却水循環システム２２が作動して、放電管９内のレーザガスなどが冷却されるものとする。
【００４７】
出力鏡８から取出されたレーザは図示されるようにレーザ発振器２からレーザ加工機１１に供給される。レーザ加工機１１においては、レーザは三つの反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより適切に反射される。反射されたレーザは集光レンズ１３により集光されて、加工ヘッド１６を通じて加工ワーク２０に照射される。これにより、加工テーブル２１上の加工ワーク２０を加工、例えば切断または溶接することが可能となる。
【００４８】
ところで、本発明のレーザ発振器２においては、高周波電源４によって、放電電極対７ａにおける放電セクション２９ａおよび放電電極対７ｂにおける放電セクション２９ｂのそれぞれにおいてパルス放電が行われる。図１に示されるように、各放電電極対７ａ、７ｂに印加される電源出力をそれぞれ電源出力Ｖ１および電源出力Ｖ２と呼ぶ。これら電源出力Ｖ１、Ｖ２の最大値のそれぞれは後述するレーザ発振閾値Ｖ０よりも小さく、また、電源出力Ｖ１と電源出力Ｖ２の合計値ΣＶはレーザ発振閾値Ｖ０を越えうるものとする。このような関係を満たすのであれば、電源出力Ｖ１、Ｖ２の最大値は互いに異なる値であってもよい。
【００４９】
図３は、本発明の第一の実施形態においてパルス放電時に放電位相を変更した場合における電源出力等と時間との関係を示す図である。図３に示される領域Ａ１においては電源出力Ｖ１の位相Ｘ１と電源出力Ｖ２の位相Ｘ２との間の位相差ΔＸは制御手段５３によって１８０°に設定されている。そのため、電源出力Ｖ１と電源出力Ｖ２との合計値ΣＶ（＝Ｖ１＋Ｖ２）は電源出力Ｖ１、Ｖ２の最大値に等しい。従って、領域Ａ１における合計値ΣＶはレーザ発振閾値Ｖ０よりも小さく、領域Ａ１においてはレーザ発振に必要な放電が得られないので、レーザは出力されない。
【００５０】
前述したように制御手段５３は放電位相制御手段としての役目を果たすので、本発明においては電源出力Ｖ１の位相Ｘ１と電源出力Ｖ２の位相Ｘ２との間の位相差ΔＸを変更することができる。位相差ΔＸを変更するために、図３においては制御手段５３によって電源出力Ｖ１の位相Ｘ１を電源出力Ｖ２の位相Ｘ２（基準位相）に対して調節している。また、図３においてはパルス放電される電源出力Ｖ１、Ｖ２の最大値は変更されず、電源出力Ｖ１、Ｖ２のデューティ比Ｙ、パルス周波数Ｚは互いに等しいものとする。
【００５１】
図３に示される領域Ａ２においては、制御手段５３によって位相差ΔＸが０°、つまり位相差が存在しないように設定されている。その結果、領域Ａ２においてはパルス状の電源出力Ｖ１とパルス状の電源出力Ｖ２とが全体的に重なり合う。これにより、領域Ａ２においては、電源出力Ｖ１の最大値と電源出力Ｖ２の最大値との和を最大値とする合計値ΣＶがパルス状に得られることになる。この合計値ΣＶの最大値はレーザ発振閾値Ｖ０よりも大きいので、領域Ａ２においてはレーザが出力される（図３におけるレーザ平均出力を参照されたい）。
【００５２】
次いで、このレーザ平均出力を調節する場合には、図３における領域Ａ３〜Ａ６に示されるように、制御手段５３によって電源出力Ｖ１の位相Ｘ１を基準位相Ｘ２に対して変更し、それにより、位相差ΔＸを変更するようにする。図３においては領域Ａ３〜Ａ６における位相差ΔＸはそれぞれ４５°、９０°、１２０°、１８０°である。
【００５３】
位相差ΔＸが４５°である領域Ａ３においては、電源出力Ｖ１と電源出力Ｖ２とは部分的にのみ重なり合い、領域Ａ３における重なり合い部分は領域Ａ２の場合の約７５％になる。領域Ａ３においては、合計値ΣＶの重なり合い部分のみがレーザ発振閾値Ｖ０を越えるので、領域Ａ３において得られるレーザ平均出力も領域Ａ２におけるレーザ平均出力の約７５％にまで低下する。
【００５４】
レーザ平均出力をさらに低下させる場合には、図３に示されるように、領域Ａ４〜Ａ６にわたって位相差ΔＸをそれぞれ９０°、１２０°、１８０°に変化させる。これにより、合計値ΣＶの重なり合い部分は、領域Ａ２の場合のそれぞれ５０％、２５％、０％となり、レーザ平均出力も同様に低下する。つまり、本実施形態においては、電源出力Ｖ１の位相Ｘ１と電源出力Ｖ２の位相Ｘ２との間の位相差ΔＸが０°≦ΔＸ≦１８０°の範囲で大きくなるように調節すればレーザ出力を低下させられ、同範囲内で位相差ΔＸが小さくなるように調節すればレーザ出力を増大させられる。従って、制御手段５３によって電源出力Ｖ１と電源出力Ｖ２との間の位相差ΔＸを調節することにより、つまり位相Ｘ１と位相Ｘ２とが互いに異なるように制御することにより、レーザ平均出力を調節することが可能となる。
【００５５】
本実施形態のレーザ発振器２においては、電源出力Ｖ１、Ｖ２の位相Ｘ１、Ｘ２の間の位相差ΔＸのみを変化させているので、各放電電極対７ａ、７ｂにおける放電セクション２９ａ、２９ｂの放電状態はほとんど変化しない。つまり、本発明のレーザ発振器２においては、放電セクション２９ａ、２９ｂの放電状態はほとんど変化させることなしに、レーザ平均出力、つまりレーザ出力を調節することが可能となる。従来技術においては、レーザガス圧力、レーザガス温度、放電領域の大きさ、放電密度などのレーザ出力変動要因によってレーザ平均出力が変化するという問題があった。これに対し、本発明のレーザ発振器２においては、これらレーザ出力変動要因の影響を排除できるので、レーザ出力を変化させる場合、特にレーザ出力を低下させる場合であっても、放電電極における放電を安定させられると共にレーザ出力を迅速に制御することが可能となる。
【００５６】
ところで、本発明のレーザ発振器２を使用するに際し、位相差ΔＸについてのフィードバック制御を行うのが好ましい。図２を再び参照すると、制御ユニット１においては、レーザパワー指令手段５１により指令されたレーザ出力指令値Ｐｃが差分検出手段５２に入力される。同様に、レーザパワーセンサ５（図１を参照されたい）により検出された実際のレーザ出力検出値Ｐｄも同様に差分検出手段５２に入力される。
【００５７】
差分検出手段５２においてはレーザ出力指令値Ｐｃとレーザ出力検出値Ｐｄとの間の差分（Ｐｄ−Ｐｃ）が算出され、次いで、この差分（Ｐｄ−Ｐｃ）は制御手段５３に入力される。制御手段５３においては、以下の式（１）により、位相差ΔＸのフィードバック制御が行われる。
ΔＸ  ←  ΔＸ｛１＋ｋ（Ｐｄ−Ｐｃ）／Ｐｃ｝                    （１）
ここで、係数ｋは正の値の適切なフィードバック係数であり、レーザ発振器２の種類およびレーザ出力値などに応じて予め定められる。位相差ΔＸは０°≦ΔＸ≦１８０°の値をとりうるので、式（１）により算出された新たな位相差ΔＸが負の値である場合には新たな位相差ΔＸを０°とし、新たな位相差ΔＸが１８０°より大きい場合には新たな位相差ΔＸを１８０°とする。このようなフィードバック制御を行うことにより、より適切な位相差ΔＸが得られ、より正確なレーザ出力の制御が可能となる。
【００５８】
本発明においてはデューティ比および／またはパルス周波数を変更することによってもレーザ出力を調節できる。図４は、本発明の第二の実施形態においてパルス放電時にデューティ比および／またはパルス周波数を変更した場合における電源出力等と時間との関係を示す、図３と同様の図である。図４に示される領域Ｂ１においては図３の領域Ａ１と同様に位相差ΔＸは制御手段５３によって１８０°に設定されている。従って、領域Ｂ１においてはレーザは出力されない。
【００５９】
前述したように制御手段５３はデューティ比制御手段および／またはパルス周波数制御手段としての役目を果たしうるので、本実施形態においては制御手段５３によってデューティ比Ｙおよび／またはパルス周波数Ｚを変更する。なお、図示されるように、図４においては制御手段５３によって電源出力Ｖ１のパルス周波数Ｚ１を電源出力Ｖ２のパルス周波数Ｚ２（基準パルス周波数）に対して調節すると共に、電源出力Ｖ１のデューティ比Ｙ１を電源出力Ｖ２のデューティ比Ｙ２（基準デューティ比）に対して調節している。また、図４においてはパルス放電される電源出力Ｖ１、Ｖ２の最大値は変更されず、電源出力Ｖ１、Ｖ２の位相Ｘ１、Ｘ２は互いに等しいものとする。
【００６０】
図４に示される領域Ｂ１から領域Ｂ３においてはデューティ比Ｙは一定値（５０％）である。これら領域Ｂ１から領域Ｂ３においてはパルス周波数Ｚのみが変更されている。領域Ｂ１におけるパルス周波数Ｚを基本周波数Ｚ０とすると、領域Ｂ２におけるパルス周波数Ｚは基本周波数Ｚ０の二分の一、つまり０．５Ｚ０であり、領域Ｂ３におけるパルス周波数Ｚは基本周波数Ｚ０の四分の一、つまり０．２５Ｚ０である。
【００６１】
一方、図４に示される領域Ｃ１から領域Ｃ２においてはデューティ比Ｙは一定値であるものの、領域Ｃ１から領域Ｃ２におけるデューティ比Ｙは領域Ｂ１から領域Ｂ３におけるデューティ比Ｙとは異なり、領域Ｃ１から領域Ｃ２におけるデューティ比Ｙは７５％である。また、領域Ｃ１におけるパルス周波数Ｚは基本周波数Ｚ０の四分の一、つまり０．２５Ｚ０であり、領域Ｃ２におけるパルス周波数Ｚは基本周波数Ｚ０に等しい。
【００６２】
図４における領域Ｂ３と領域Ｃ１とにおいては、各領域のデューティ比Ｙのみが異なっている。領域Ｂ３においては、電源出力Ｖ１の出力が最大となるときに、合計値ΣＶがレーザ発振閾値Ｖ０を越える箇所が出現してレーザが出力される。一方、領域Ｃ１においても同様に、電源出力Ｖ１の出力が最大となるときに、合計値ΣＶがレーザ発振閾値Ｖ０を越える箇所が出現してレーザが出力される。
【００６３】
ところが、領域Ｃ１のデューティ比Ｙ（７５％）は領域Ｂ３のデューティ比Ｙ（５０％）よりも大きいので、領域Ｃ１の所定期間において電源出力Ｖ１の出力が最大となる回数は領域Ｂ３の場合よりも大きい。従って、領域Ｃ１の所定期間において合計値ΣＶがレーザ発振閾値Ｖ０を越える回数は領域Ｂ３の場合よりも大きく、その結果、領域Ｃ１におけるレーザ出力は領域Ｂ３におけるレーザ出力よりも大きくなる。つまり、本実施形態においては、電源出力Ｖ１のデューティ比Ｙ１が０％＜Ｙ１＜１００％の範囲で小さくなるように調節すればレーザ出力を低下させられ、同範囲内でデューティ比Ｙ１が大きくなるように調節すればレーザ出力を増大させられる。従って、制御手段５３によって電源出力Ｖ１のデューティ比Ｙ１と電源出力Ｖ２のデューティ比Ｙ２が互いに異なるように制御する場合であっても、レーザ出力を変更することが可能となる。
【００６４】
本実施形態のレーザ発振器２においては、電源出力Ｖ１、Ｖ２のデューティ比Ｙ１、Ｙ２のみを変化させているので、各放電電極対７ａ、７ｂにおける放電セクション２９ａ、２９ｂの放電状態はほとんど変化しない。つまり、本発明のレーザ発振器２においては、放電セクション２９ａ、２９ｂの放電状態はほとんど変化させることなしに、レーザ出力を調節することが可能となり、前述したのと同様な効果を得ることができる。
【００６５】
また、図４における領域Ｃ１と領域Ｃ２とにおいては、パルス周波数Ｚのみが異なっている。図４から分かるように、電源出力Ｖ１が最大であれば、電源出力Ｖ２が最大になる時間帯の全てにおいて、これらの合計値ΣＶはレーザ発振閾値Ｖ０を越えるようになる。つまり領域Ｃ１において電源出力Ｖ１が最大であれば、電源出力Ｖ２が最大となる全ての時間帯でレーザは出力される。
【００６６】
一方、領域Ｃ２においては、電源出力Ｖ１が最大でかつ電源出力Ｖ２が最大となる全ての時間帯で合計値ΣＶがレーザ発振閾値Ｖ０を越えるわけではない。図示されるように領域Ｃ２におけるパルス周波数Ｚ（０．２５Ｚ０）は領域Ｃ１におけるパルス周波数Ｚ（Ｚ０）よりも大きいので、電源出力Ｖ１の波形と電源出力Ｖ２の波形とは部分的にしか重なり合わず、領域Ｃ２におけるレーザ出力は領域Ｃ１におけるレーザ出力よりも低下する。つまり、本実施形態においては、電源出力Ｖ１のパルス周波数Ｚ１が０＜Ｚ１≦１の範囲で大きくなるように調節すればレーザ出力を低下させられ、同範囲内でパルス周波数Ｚ１が小さくなるように調節すればレーザ出力を増大させられる。従って、制御手段５３によって電源出力Ｖ１のパルス周波数Ｚ１と電源出力Ｖ２のパルス周波数Ｚ２が互いに異なるように制御する場合であっても、レーザ出力を変更することが可能となる。
【００６７】
本実施形態のレーザ発振器２においては、電源出力Ｖ１、Ｖ２のパルス周波数Ｚ１、Ｚ２のみを変化させているので、各放電電極対７ａ、７ｂにおける放電セクション２９ａ、２９ｂの放電状態はほとんど変化しない。つまり、本発明のレーザ発振器２においては、放電セクション２９ａ、２９ｂの放電状態はほとんど変化させることなしに、レーザ平均出力を調節することが可能となり、前述したのと同様な効果を得ることができる。
【００６８】
なお、図３および図４を参照して説明した実施形態においては、電源出力Ｖ２の位相Ｘ、デューティ比Ｙまたはパルス周波数Ｚのみを変更するようにしてもよい。同様に、電源出力Ｖ１、Ｖ２の両方の位相Ｘ、デューティ比Ｙまたはパルス周波数Ｚを変化させることによりレーザ出力を調節するようにしてもよい。さらに、電源出力Ｖ１、Ｖ２の位相Ｘ、デューティ比Ｙまたはパルス周波数Ｚのうちの少なくとも一つを変更することにより、レーザ出力を調節することも本発明の範囲に含まれる。なお、当然のことながら、位相Ｘ、デューティ比Ｙおよび／またはパルス周波数Ｚを図面に示した場合よりもより細かく変更することにより、レーザ出力をさらに精密に制御できるのは明らかであろう。
【００６９】
ところで、図５は、本発明の第三の実施形態においてパルス放電時にデューティ比および／またはパルス周波数を変更した場合における電源出力等と時間との関係を示す、図３と同様の他の図である。図５においては電源出力Ｖ２の最大値、デューティ比Ｙ、パルス周波数Ｚは変更されないものとする。図５に示される領域Ｄ１から領域Ｄ２においてはデューティ比Ｙは一定値（５０％）である。領域Ｄ１におけるパルス周波数Ｚを基本周波数Ｚ０とすると、領域Ｄ２におけるパルス周波数Ｚは基本周波数Ｚ０の二分の一、つまり０．５Ｚ０である。
【００７０】
一方、図５における領域Ｅ１から領域Ｅ２においてはデューティ比Ｙは一定値（７５％）である。また、領域Ｅ１におけるパルス周波数Ｚは基本周波数Ｚ０の四分の一、つまり０．２５Ｚ０であり、領域Ｅ２におけるパルス周波数は基本周波数Ｚ０である。また、領域Ｅ３においては連続波ＣＷが形成されている。なお、図５においては制御手段５３によって電源出力Ｖ１のパルス周波数Ｚ１を電源出力Ｖ２のパルス周波数Ｚ２（基準パルス周波数）に対して調節すると共に、電源出力Ｖ１のデューティ比Ｙ１を電源出力Ｖ２のデューティ比Ｙ２（基準デューティ比）に対して調節している。
【００７１】
図５における領域Ｅ１におけるデューティ比Ｙおよびパルス周波数Ｚは、領域Ｄ２におけるデューティ比Ｙおよびパルス周波数Ｚと比較して、レーザ出力が上昇するように変更されている。つまり、デューティ比Ｙは５０％（領域Ｄ２）から７５％（領域Ｅ１）に変更されており、パルス周波数Ｚは０．５Ｚ０（領域Ｄ２）から０．２５Ｚ０（領域Ｅ１）に変更されている。ところが、図５に示される実施形態においては領域Ｅ１における電源出力Ｖ１の最大値が領域Ｄ２における電源出力Ｖ１の最大値よりも小さくなるように設定されている。その結果、領域Ｅ１においてはレーザ出力が大きくなるようにデューティ比Ｙおよびパルス周波数Ｚが変更されたとしても、電源出力Ｖ１の最大値が小さく設定されたので、領域Ｅ１におけるレーザ出力は領域Ｄ２におけるレーザ出力に概ね等しくなっている。これにより、本実施形態においては、放電位相、デューティ比、パルス周波数、電源出力のうちの少なくとも一つを制御して概ね一定のレーザ出力を得ることが可能であることが分かる。また、放電位相、デューティ比および／またはパルス周波数と電源出力とを組み合わせて変更することにより、レーザ出力をさらに精密に制御することができるのが明らかであろう。
【００７２】
図６は、本発明の第四の実施形態に基づくレーザ発振器の拡大図である。図６に示される第四の実施形態においては、放電電極対７ａ、７ｂに対して専用の高周波電源４ａ、４ｂがそれぞれ設けられている。なお、これら高周波電源４ａ、４ｂに関連づけられたマッチング回路は図示しておらず、また簡潔にする目的で制御ユニット１は示されていない。第四の実施形態においては、放電電極対７ａ、７ｂに印加される電源出力は、高周波電源４ａ、４ｂによってそれぞれ独立して制御され、それにより、より高い自由度で電源出力Ｖ１、Ｖ２を調節できるようになる。例えば電源出力Ｖ１の変更を望む場合には、放電電極対７ａ、７ｂにおける放電出力を個別の高周波電源４ａ、４ｂによって制御できる第四の実施形態が有利であるのは明らかであろう。
【００７３】
ところで、本発明においては放電電極対７ａ、７ｂの代わりに、他の部材を用いて放電セクション２９ａ、２９ｂに放電を生じさせるようにしてもよい。図７は本発明の第五の実施形態に基づくレーザ発振器の拡大図であり、図７においては簡潔にする目的で制御ユニット１は示されていない。図７においては放電電極対７ａ、７ｂの代わりに、電磁波キャビティ６７ａおよびこの電磁波キャビティ６７ａに対して直列に配置された電磁波キャビティ６７ｂが設けられており、これら電磁波キャビティ６７ａ、６７ｂ内に放電セクション２９ａ、２９ｂが形成されている。さらに、本実施形態においては、高周波電源４はマイクロ波発振器４’として使用されている。図示されるように、マイクロ波発振器４’から延びる二つの導波管６５ａ、６５ｂは電磁波キャビティ６７ａ、６７ｂにそれぞれ接続されている。
【００７４】
図８は本発明の第六の実施形態に基づくレーザ発振器の拡大図であり、図８においては簡潔にする目的で制御ユニット１は示されていない。図８においては放電電極対７ａ、７ｂの代わりに、コイル７７ａおよびこのコイル７７ａに対して直列に配置されたコイル７７ｂが設けられており、これらコイル７７ａ、７７ｂの内部空間に放電セクション２９ａ、２９ｂがそれぞれ形成されている。また、図示されるように高周波電源４から各コイル７７ａ、７７ｂに電源出力Ｖ１、Ｖ２が印加されるようになっている。
【００７５】
このような第五および第六の実施形態においても、制御手段５３によって、位相Ｘ、デューティ比Ｙおよび／またはパルス周波数Ｚ、もしくは放電出力を変更することにより、放電セクション２９ａ、２９ｂの放電状態をほとんど変化させることなしに、レーザ出力を調節し、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。
当然のことながら、前述した実施形態のうちのいくつかを適宜組み合わせてもよい。例えば、第五および第六の実施形態において、二つの高周波電源４ａ、４ｂを採用することは本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に基づくレーザ発振器を含んだレーザ装置の略図である。
【図２】制御ユニットの詳細図である。
【図３】本発明の第一の実施形態においてパルス放電時に放電位相を変更した場合における電源出力等と時間との関係を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態においてパルス放電時にデューティ比および／またはパルス周波数を変更した場合における電源出力等と時間との関係を示す、図３と同様の図である。
【図５】本発明の第三の実施形態においてパルス放電時にデューティ比および／またはパルス周波数を変更した場合における電源出力等と時間との関係を示す、図３と同様の他の図である。
【図６】本発明の第四の実施形態に基づくレーザ発振器の拡大図である。
【図７】本発明の第五の実施形態に基づくレーザ発振器の拡大図である。
【図８】本発明の第六の実施形態に基づくレーザ発振器の拡大図である。
【図９】従来技術のレーザ発振器のレーザ出力等と時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    制御ユニット
２    レーザ発振器
４、４’、４ａ、４ｂ    高周波電源（放電電源）
５    レーザパワーセンサ（レーザ出力検出手段）
６    リア鏡
７ａ、７ｂ    放電電極対
８    出力鏡
９    放電管
２９ａ、２９ｂ    放電セクション
５１    レーザパワー指令手段（レーザ出力指令手段）
５２    差分検出手段
５３    制御手段（放電位相制御手段、デューティ比制御手段、パルス周波数制御手段）
６５ａ、６５ｂ    導波管
６７ａ、６７ｂ    電磁波キャビティ
７７ａ、７７ｂ    コイル
Ｘ、Ｘ１、Ｘ２    位相
ΔＸ    位相差
Ｙ、Ｙ１、Ｙ２    デューティ比
Ｚ、Ｚ１、Ｚ２    パルス周波数
ΣＶ    合計値
【図１】
2006344722.tif 000003
【図２】
2006344722.tif 000004
【図３】
2006344722.tif 000005
【図４】
2006344722.tif 000006
【図５】
2006344722.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006344722.tif 000009
【図８】
2006344722.tif 000010
【図９】
2006344722.tif 000011